基于FPGA嵌入式AI解決方案的百度EdgeBoard

（文章來源：百度AI）

EdgeBoard是基于FPGA打造的嵌入式AI解決方案，能夠提供強大的算力，并支持定制化模型，適配各種不同的場景，并大幅提高設備的AI推理能deeplab力，具有高性能、高通用、易集成等特點。EdgeBoard系列計算卡符合工業(yè)設計標準、滿足-40℃~85℃的溫度范圍，接口齊全，可廣泛適配如安防監(jiān)控、工業(yè)質(zhì)檢、醫(yī)療診斷、科研教學、智能零售等各種場景。

EdgeBoard產(chǎn)品分為三個系列，稱之為“三兄弟”，能夠滿足客戶不同的需求，既有滿足高性能計算的方案，也有高性價比的處理方案。本文將從“三兄弟”的特點及整體硬件框架兩個方面來介紹EdgeBoard。理想的異構(gòu)計算平臺應該具備三種基本能力：首先專有的硬件加速能力，提高算法的性能；其次高效靈活適配算法的能力，適配不斷演進的算法；最后豐富的外圍接口，適合不同的應用場景。

CPU作為通用處理器，以邏輯計算作為出發(fā)點，更偏重控制流數(shù)據(jù)，適用于控制和調(diào)度類任務，不易于進行外圍電路的擴展。GPU具有并行計算的特點，廣泛應用在訓練階段，但由于功耗大、成本高等原因，少有部署在端上的產(chǎn)品，另外高延遲及缺少對外圍電路的支持也不利于部署到端上的產(chǎn)品中。ASIC作為一種專用集成電路芯片，具有體積小、功耗低、計算性能高等特點，但AISC芯片研發(fā)時間長，資金投入大，由于芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對固定，無法適配快速演進的AI算法，在應用場景沒有明確之前ASIC顯然不是最優(yōu)的選擇。

FPGA作為一種現(xiàn)場可編程門陣列，具有低功耗、低延遲、高性能等優(yōu)勢，其可編程的特性又可以靈活適配不同的算法，同時FPGA豐富的外圍接口可以滿足不同的應用需求，F(xiàn)PGA差異化的內(nèi)部邏輯資源可以提供不同的算力支持，這些優(yōu)勢使得FPGA被廣泛應用在AI推理加速上。

EdgeBoard是基于Xilinx Zynq UltraScale+ MPSoC系列芯片打造的計算卡，芯片內(nèi)部集成ARM處理器+GPU+FPGA的架構(gòu)，既具有多核處理能力、也有視頻流硬解碼處理能力，還具有FPGA的可編程的特點。內(nèi)置Linux 4.14.0系統(tǒng)和深度學習預裝環(huán)境，與百度大腦模型定制平臺（AIStudio、EasyDL、EasyEdge）深度打通，實現(xiàn)模型的訓練、部署、推理等一站式服務。

EdgeBoard計算卡產(chǎn)品可以分為FZ9、FZ5、FZ3三個系列，是分別基于XCZU9EG、XAZU5EV、XAZU3EG研發(fā)而來，分別具有高性能，硬解碼，低成本等特點，針對不同需求和應用場景，有不同的市場定位和產(chǎn)品定位，滿足各類開發(fā)者多樣性的需求。

EdgeBoard FZ9系列計算卡是基于XCZU9EG芯片的高性能計算卡，具有較高的性能和集成功能。ZU9芯片PS端具有四核Cortex-A53和雙核Cortex-R5 以及Mali-400MP2 GPU；PL端資源DSP Slices 2520，計算性能達3.6Tops，片上存儲BRAM高達32.1Mb。

FZ9計算卡產(chǎn)品采用核心板+擴展板的雙層設計方案，增加了對外接口的數(shù)量，其80*120mm的尺寸方便計算卡集成于到產(chǎn)品中，具備軟硬一體的解決方案（軟件+FPGA），支持多種視頻源（usb、mipi、bt1200、網(wǎng)絡攝像頭）的輸入，并具有強大的視頻預處理能力，視頻輸出DisplayPort接口兼容標準Linux視頻框架V4L2。高性能的視頻處理能力和標準化的視頻輸出接口可滿足機器學習、醫(yī)療診斷等行業(yè)需求。

EdgeBoard FZ5系列計算卡是基于XAZU5EV芯片的計算卡，提供較高性能和功能集成，具有多路視頻流H264&H265標準的編解碼功能。ZU5芯片PS端同樣包含四核Cortex-A53 、雙核Cortex-R5、以及GPU Mali-400MP2；PL端資源DSP Slices 1248，計算性能達2.4Tops，片上存儲BRAM達5.1Mb，UltraRAM 18Mb。

FZ5計算卡產(chǎn)品延續(xù)了FZ9計算卡的產(chǎn)品形態(tài)，采用核心板+擴展板雙層設計方案，具有多視頻輸入接口，VCU（Video Codec Unit）硬核解碼，對視頻的輸入處理采用流水線設計，實現(xiàn)高吞吐量和低時延，具有極佳的功耗性能比。產(chǎn)品可以廣泛應用于具有硬解碼需求的視頻圖像推理，滿足安防監(jiān)控、工業(yè)質(zhì)檢、自動駕駛等行業(yè)需求。

EdgeBoard FZ3系列計算卡是基于XAZU3EG芯片的計算卡，處理器ZU3芯片內(nèi)置四核Cortex-A53和核心FPGA可編程邏輯模塊；PL端資源DSP Slices 360，實測計算性能達1.2Tops，片上存儲BRAM達7.6Mb。

FZ3計算卡產(chǎn)品具有高集成性的設計方案，板卡尺寸為80*70mm，具有usb3.0、bt1120、mipi、網(wǎng)絡等多視頻輸入接口，板載2GB 64bit位寬的 DDR4，整體功耗僅5W左右，極佳的功耗性能比。對于FZ3產(chǎn)品具有的高性能、低功耗、低成本、小體積的特點，產(chǎn)品可以廣泛應用于科研教學、智能零售、安防監(jiān)控等行業(yè)。

（責任編輯：fqj）